溶液pH对羟基苯硫酚同分异构体脱羟基反应影响的SERS研究

金属纳米结构因表面等离激元(SPR)而产生光学增强和催化效应已成为表面科学研究热点之一。SPR和电化学联用可以诱导催化一些非常规反应,并且不同pH值电解质溶液可改变表面吸附分子的存在形式,影响SPR光催化反应。以羟基苯硫酚的同分异构体为探针,采用电化学表面增强拉曼光谱(SERS)研究了取代基羟基位置、溶液pH值等对其在银电极表面吸附和SPR催化反应行为。结果表明,不同羟基取代基位置的羟基苯硫酚SPR催化脱羟基反应对溶液pH值的敏感程度不同,邻羟基苯硫酚(OHTP)的C—O键谱峰强度的变化与溶液pH值相关,其O端更易与金属作用而吸附在表面,且随pH增大而增强。对羟基苯硫酚(PHTP)在碱性条件下被完全抑制的脱羟基反应在间羟基苯硫酚(MHTP)和OHTP中均可发生。MHTP在中性(pH 7)溶液中SPR催化脱羟基反应效率最高,约为酸性(pH 2)的1.36倍,碱性(pH 12)的2.70倍。OHTP在碱性(pH 12)溶液中SPR催化脱羟基反应效率最高,约为酸性(pH 2)的13.71倍,中性(pH 7)的4.95倍。SPR催化脱羟基主要源于非去质子化条件以及形成Ag—O键这两种途径。酸性条件下MHTP及OHTP的脱羟基反应主要是未去质子化的羟基反应,碱性条件主要因去质子化后形成Ag—O键所致。中性条件下,两种贡献同时发生。对MHTP而言,由于位阻效应仅部分分子去质子化后形成Ag—O键而促进SPR催化脱羟基,因此pH 7溶液中两种效应的同时作用导致催化效率最高。对于OHTP分子,去质子化状态的O端更易与电极表面发生作用,且pH升高羟基呈现的去质子化程度更加彻底,更有利于发生脱羟基反应,在pH 12溶液中脱羟基反应主要由于形成Ag—O键,其效率亦最高。同分异构体结构以及介质酸碱度对SPR催化脱羟基反应的研究对于拓宽SPR催化反应类型及从分子水平解析其机理具有重要意义。     

金属表面催化反应的原位SERS光谱研究

催化表面成分复杂、分子结构不断变化,通过传统的非原位分析手段对其进行表征非常困难。在催化表界面进行原位检测可分析反应物种的变化过程,有望解释催化机理并指导高性能催化剂的制备。表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏度和高特异性的检测方法,并且具有很好的表面选择性,可专注检测表界面物种而不会受到外部组分信号的干扰。我们设计合成了几种双功能纳米粒子,其在催化反应检测中应用表明SERS可以在催化检测中发挥重要的作用,其检测范围有望拓展到SERS模型反应之外的具有实际价值的有机合成催化反应。     

金膜表面等离激元诱导邻巯基苯甲酸脱羧反应的表面增强拉曼光谱研究

贵金属纳米结构表面等离激元共振（SPR）因其广泛的用途而备受关注,它不仅可以催化某些特殊的表面反应,同时还能产生表面增强拉曼散射效应（SERS）,极大增强分子的表面拉曼信号,因此两者结合后可在纳米结构表面采用SERS光谱跟踪SPR催化反应。目前此类研究主要集中在氮氮（N═N）偶联,因此亟待拓展SPR反应种类及提高催化活性和效率。采用SERS光谱研究邻巯基苯甲酸（OMBA）分子在金纳米粒子单层膜（Au MLF）表面的脱羧行为。通过气液界面组装法制备“热点”分布均匀的金纳米粒子单层膜,以此作为基底,探讨了溶液pH值、激光功率及激光照射时长对该基底表面脱羧反应的影响。研究结果表明,吸附在Au MLF表面的OMBA分子在表面等离激元驱动下碱性和中性介质中发生脱羧基反应,生成苯硫酚（TP）,且碱性中反应活性大于中性溶液。在酸性介质中几乎不发生脱羧反应。较强的激光功率,脱羧反应的活性越高;产物SERS强度的增加与激光照射时间成线性关系,时间延长可提高脱羧反应的产率。这为拓展SPR驱动的光催化反应及深入理解其反应机理提供了实验依据。     

电化学体系中吸附在金电极表面吡啶的紫外拉曼光谱研究

观察到波长为325nm的紫外光激发下吸附在金电极表面的吡啶的表面增强拉曼光谱(SERS)。结合其SERS谱随电位的变化关系,分析了其中的增强机制并表明随电位的负移吡啶的吸附方式发生改变。     

电位平均SERS技术研究二巯基嘧啶与银电极的作用

采用电位平均表面增强拉曼散射(PASERS)新方法研究二巯基嘧啶(2MP)在不同电极电位下与银电极的作用,PASERS 谱的获得是在快速调制两个电极电位的同时记录 SERS 谱。研究表明2MP在—1.1V 以正的电极电位下,通过硫原子以竖立方式作用于银电极表面,在—1.1V 以负的电位下发生电化学还原反应。     

HPLC与SERS联用技术及其在有机反应现场监测的应用

将高效液相色谱(HPLC)和表面增强拉曼光谱(SERS)联用技术(HPLC-SERS)用于混合物的分离和检测。研究了HPLC-SERS对于有机反应的在线监测。以对氨基苯硫酚(PATP)与邻碘苯甲酰氯的反应为模型,高效利用了HPLC的分离和SERS的高灵敏度检测优势,同时获得了产物的保留时间和光谱结构信息,为有机反应产物分离和鉴定,为复杂有机反应机理的揭示提供了有效的技术手段。     

银电极上2-巯基吡啶和4-巯基吡啶自组装单层的原位表面增强拉曼光谱电化学

利用原位表面增强拉曼散射(SERS)技术,分别观察了2-巯基吡啶和4-巯基吡啶在银表面自组装单层的电化学行为。实验结果表明,随着电位的负移,2-巯基吡啶和4-巯基吡啶分子在银表面均呈现出先倾斜再垂直然后倾斜的吸附取向改变过程。但发生完全脱附的电位则有所不同。     

过渡金属表面γ-氨丙基三甲氧基硅烷膜的研究

本文对在过渡金属铁、镍电极表面制备得到的γ-氨丙基三甲氧基硅烷(γ-APS)膜进行了研究。实验中对硅烷膜用X-射线光电子能谱(XPS)、现场表面增强拉曼散射光谱(SERS)和原子力显微镜(AFM)进行了表征。X-射线光电子能谱(XPS)的结果发现存在两个N1s峰,表明γ-APS膜中的氨基有两种存在方式:自由氨基和质子化氨基。实验中还发现现场表面增强拉曼散射光谱(SERS)是研究金属/γ-APS体系中界面层结构非常有效的手段,SERS结果表明硅醇羟基和氨基发生了竞争吸附,且γ-APS分子在外加电位等条件的影响下吸附状态会发生一定变化。原子力显微镜(AFM)的表征结果在微观上显示电极表面的γ-APS膜上形成了一种较规则的微孔结构,这种结构可能与基底的性质有关。     

γ-氨丙基三甲氧基硅烷在铁电极表面吸附的表面增强拉曼光谱研究

对在铁电极表面制备得到的γ-氨丙基三甲氧基硅烷(γ-APS)膜进行了研究。实验中对硅烷膜用现场表面增强拉曼散射光谱(SERS)进行了表征,发现现场表面增强拉曼散射光谱(SERS)是研究金属基底上γ-APS结构非常有效的手段,SERS结果表明硅醇羟基和氨基发生了竞争吸附,且在外加电位、激光照射等条件的影响下吸附状态会发生一定变化,氨基的不同存在方式之间在过程中也会发生转变。     

SERS标记免疫金溶胶的影响因素研究

将表面增强拉曼光谱(SIERS)的高度灵敏性应用于标记免疫检测,具有很大的意义。在“固相抗体-待测抗原-标记抗体”夹心复合物体系中,以(SERS)标记的金溶胶与抗体结合,制备标记抗体。以芳香族化合物苯硫酚为标记分子,与一定大小粒径的金纳米粒子形成S-Au键,生成带有SERS信号的标记金溶胶。表面带负电荷的标记金溶胶与带有正电荷基团的抗体形成牢固的标记免疫金溶胶。从金纳米粒子粒径的选择、在金溶胶中加入苯硫酚的量及反应时间、抗体对标记金溶胶标记分子的SERS信号的影响进行了研究。     

苯硫酚吸附在新型Ag-Au合金纳米粒子上的表面增强拉曼光谱研究

以柠檬酸钠同时还原制备的Ag-Au合金纳米粒子为种子,用盐酸羟胺进一步使其生长得到粒径为40～60 nm的新型Ag-Au合金纳米粒子,采用UV-Vis光谱和TEM对纳米种子和再生长后的纳米粒子分别进行表征。两种粒子的UV-Vis光谱均只观察到一个等离子体共振峰,其频率随金的摩尔分数(x_Au)增加而红移,且TEM图像表明这两种粒子的颜色均一,因此判断这两种粒子均为合金结构。以苯硫酚为探针分子,研究了该新型合金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS),结果表明吸附了苯硫酚的合金纳米粒子的紫外最大吸收峰红移,并在近红外区出现聚集体的吸收峰。在632.8 nm波长激发下,由于表面等离子体共振效应Au上的SERS信号最强,而合金纳米粒子上的SERS信号随x_Au增大而增强。     

Cu2O-Au复合结构的制备及其在SERS中的应用

表面等离激元催化反应为表面过程的拓展提供了一条新的途径,但在单一贵金属表面的反应效率往往较低,因此发展符合纳米结构已经成为该领域的研究热点。通过合成八面体的氧化亚铜(Cu₂O),并引入高均匀性和高SERS活性的金纳米粒子单层膜(Au MLF),将两者完全结合,构建了Cu₂O-Au复合异质结SERS基底。以对硝基苯硫酚(PNTP)为探针,通过表面增强拉曼光谱(SERS)研究了Cu₂O-Au表面等离激元驱动的偶联反应。结果表明,Cu₂O与Au MLF的复合,其SERS性能及催化活性都得到了较大的提升,为发展高性能的新型复合纳米结构提供了实验基础。     

非水体系中哌啶在银电极表面的表面增强喇曼散射

本文测定了哌啶在甲醇溶液中吸附在银电极表面的表面增强喇曼散射(SERS)光谱,及其随电位的变化,同时还测定了电极经不同氧化-还原循环(ORC)预处理时的SERS谱,对所得结果进行了分析比较,并进一步研究了非水体系和水体系SERS谱之间的关系.实验结果表明:哌啶在甲醇体系中比在水体系中SERS谱的增强因子要小,并且它们的SERS谱线随电位的变化也有一定的差别.     

环糊精修饰的Pickering乳液用于痕量有机物及离子的测定

表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种分子光谱,不仅能够测得分子的指纹谱图,同时由于增强基底的不断发展,极高的灵敏度和简单快速的测试过程使其在痕量快速测定及成像领域广受关注。采用环糊精作为功能性分子,通过乳化的方式得到了具有SERS增强活性的Pickeiring乳液粒子,并将其作为SERS增强基底,利用在其表面发生的催化反应,以间接法实现了对有机污染物邻苯二胺(OPD)和无机离子NO-2的快速测定。利用这种乳液粒子作为增强基底,不仅可以实现多相物质的测定,同时可以用于界面反应的原位检测,在催化机理研究中也有重要的意义。     

纯钛电极上的表面增强拉曼光谱研究

采用机械粗糙、电化学氧化还原、化学刻蚀等方法对纯钛电极表面进行粗糙,在钛基底上获得了表面增强拉曼光谱(SERS)信号。初步的实验结果表明,采用机械粗糙和电化学氧化还原方法能够获得具有一定粗糙度的电极表面,但是该表面并不具有SERS活性。而采用氢氟酸化学刻蚀方法能够获得具有SERS活性的表面,并且成功检测到吡啶分子的表面增强拉曼信号。实验尝试了在不同条件下进行刻蚀,对酸的刻蚀浓度、刻蚀时间、外接电位等影响因素作了研究,结果发现基底的SERS活性随氢氟酸浓度增大而出现最佳条件,即氢氟酸浓度0.33 Wt%,刻蚀时间为5 min时的拉曼信号最好。实验以0.01 mol·L-1吡啶为探针分子,0.1 mol·L-1 KCl为电解质,在开路电位下成功地观察了钛电极上的表面增强拉曼光谱。     

氯离子对固定银纳米颗粒SERS活性的影响

通过在硅片上修饰聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对银纳米粒子进行组装,得到均一的表面增强拉曼光谱(SERS)基底。借助于此基底,在水溶液环境中,以异烟酸(INA)和罗丹明6g(R6g)作为探测分子,研究了氯离子(Cl-)对SERS增强的影响。结果表明,对于不同的探针分子,Cl-对银颗粒SERS活性的影响存在选择性。对于INA分子,在溶液中没有Cl-的情况下,分子通过羧基以锐角吸附在银颗粒表面,具有良好的SERS谱。在加入Cl-后,由于竞争吸附,INA分子脱附,SERS信号消失。R6g分子在银颗粒表面没有特异吸附,Cl-的加入并没有影响其与银颗粒的作用状态,在加入Cl-后SERS光谱没有发生显著变化。     

修饰银电极上单壁碳纳米管的表面增强拉曼散射

本文采用修饰了银纳米颗粒的银电极作为基底,获得了高质量的单壁碳纳米管(SWCNTs)的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。在1100~1500 cm-1范围内观测到了一组表征SWCNTs结构的新峰。修饰在银电极上的银纳米颗粒不仅可以保证SWCNTs在这一体系中吸附的紧密性,而且通过变面等离子体共振起到了电磁放大的作用。通过对银纳米颗粒修饰银电极表面SWCNTs的SERS光谱及其随电位变化的SERS光谱的研究,我们可以研究这一过程中的SERS机制。理论和实验结果表明,银纳米颗粒修饰银电极上单壁碳纳米管的SERS很有潜力成为一种检测单壁碳纳米管合成质量的新方法。     

脱金属硫蛋白吸附在粗糙金表面的表面增强拉曼光谱

利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术研究了金属硫蛋白(MT)与脱金属硫蛋白(apo-MT)在粗糙金表面的吸附行为。结果表明:MT通过氨基与金作用;apo-MT与金的作用位点受制备方法影响:在溶液中预制的apo-MT通过半胱氨酸残基的巯基与金结合,在金表面制备的apo-MT通过氨基和巯基与金结合。SERS更适合于研究MT的结构特征。     

CNF@Ag@ZIF-8膜的气态醛SERS传感应用

挥发性有机物(VOCs)检测在生命健康、食品安全及环境保护等领域都有着重要价值。表面增强拉曼散射(SERS)光谱是一种分子的指纹光谱,可以用于痕量气体及混合气体的快速检测。我们设计制备了纤维素纳米纤维@银纳米粒子@沸石咪唑酯骨架材料(CNF@Ag NPs@ZIF-8)SERS基底,表面修饰对氨基苯硫酚(PATP)后,通过醛基和氨基的席夫碱反应实现间接痕量醛类气体的SERS传感应用。结果表明,该基底能够实现苯甲醛(BA)的快速、高灵敏度检测,最低检测浓度为10 ppb,有望用于呼吸气体的成份分析,实现疾病的早期筛查与诊断。     

胞嘧啶在沉积激光烧蚀Ag纳米颗粒电极上的SERS分析

用Nd:YAG激光器在二次去离子水中烧蚀银片,制备出了尺度分布均匀、并且具有很好的稳定性的"化学纯净"的Ag胶体系,并在电化学体系中将这种银胶沉积在粗糙的银电极表面,研究了胞嘧啶分子吸附在沉积Ag纳米颗粒电极表面随电极电位改变的表面增强拉曼光谱(SERS)。分析表明:(1)沉积银纳米颗粒的电极将金属电极与金属溶胶体系各自的优势很好的结合起来,形成了一种高效的SERS活性基底。(2)胞嘧啶在沉积银颗粒的电极表面以N3位竖直吸附,并且随着电位的负移,大多数SERS峰的位置发生了红移,表明胞嘧啶在电极表面吸附作用减弱。